金属为什么有金属光泽？

实际上，金属光泽便是强烈的镜面反射，只要能将大量入射光芒集中地反射回来，就会产生金属光泽，水面上的油渍乃至昆虫的外骨骼都有这样能力。

这是一只吉丁虫的鞘翅、胸板和盾片。
甲虫的外骨骼常常格外光滑，能产生金属的质感

镜面反射大概算得上是中学物理最大略的观点，我们对它的理解每每集中于“反射面非常光滑”这一点上。
然而大略想一想，并非所有材料经由抛光都能像金属那样熠熠生辉：

比如大理石地板抛光后足以映出人的倒影，却仍旧一派幽黑；陶瓷也可以做到细平滑腻，却从来不能闪烁银光；而一口破铝锅哪怕用钢丝球磨得一塌糊涂也仍能泛出白花花的光晕——以是显而易见的，材料特性也是影响光反射的主要成分。

中学化学教诲我们，金属元素的最外层电子常日较少，易于丢失，表现为强烈的还原性。
而在金属晶体内部，这几个外层电子会被金属原子「放弃」，在全体晶体内部构成一个自由电子的汪洋，相称于一个弥漫的等离子体——这不仅给金属带来了良好的导电性，还带来了对可见光强大的反射能力。
前者比较大略，在中学课上就已经讲过；而要理解它们对可见光的反射，就须要一些额外的扩展知识了。

金属晶体中自由电子的示意图——它们在常温下做无规则运动，但是在外加电场下可以定向运动，形成电流

首先的，光也是电磁波，一组交互变换的电场和磁场。
当它抵达金属表面上的时候，电场部分就会在自由电子的汪洋中掀起一波荡漾，并在此过程中花费能量——如果用术语描述，便是「电磁波激起了等离子体振荡」。

宏不雅观物体有一个固有频率，只与物体自身有关，而与外力无关，比如无论怎么敲打玻璃杯，玻璃杯发出的声音频率都一样；等离子受高频电磁波扰动而振荡时也会有一个固有频率，称为「等离子体频率」，它只与等离子体中的自由电子密度有关，而与电磁波的强度无关——但接下来的事情就与宏不雅观天下非常不同了。

在我们的履历里，外力施加给振子，无论大小都能让振子运动起来，只是振幅不同；但是在微不雅观天下里，量子效应就会表现出来：电磁波既是波也是粒子，这种粒子便是光子，它的能量由电磁波的频率唯一决定。

一个光子进入等离子体，必须花费能量引发一个等离子体频率的等离子振荡，剩下的能量才会连续传播；而如果一个光子的能量不敷以引发这样一个振荡，就会被原封不动地弹开，无论多少光子都没有差异，不像宏不雅观天下里那样可以累积起来。

换句话说，一个光子轰击在金属表面上，当且仅当它的频率大于等离子体频率才能被接管，否则就会反射走。
然而等离子体中的自由电子密度相称大，这就让金属中的等离子体频率相称高，常日要达到紫外线波段，频率更低的可见光就会被强烈反射——以是在同样的光滑程度下，金属对可见光的反射能力就比一样平常材料赶过数倍。

几种金属对不同波段电磁波的反射能力，在 0.4 微米到 0.7 微米的可见光范围都有很高的反射率

但是出于其余一些更加繁芜的机制，有些金属还能接管某些特定波段的可见光，于是显出特有的颜色。

比如金出于相对论效应，可以接管蓝紫色光，显出通亮的黄色；铜由于两个亚电子层之间的电子跃迁，可以接管蓝色到黄绿色的光，表现出端庄的赤色，而且比其它的金属暗一些——像这样有颜色的金属单质还有银金色的铯和蓝色的锇。

人工结晶的 99.99%高纯度金晶体

天然铜是铜的单质矿物

以是可以预见，其它含有大量自由电子的材料也可能显出金属光泽，比如石墨由于独特的蜂窝状片层构造，每个碳原子都有一个富余的电子，这些电子险些是自由的，以是煤炭铅笔芯都有一种闪闪发光的光荣。

而对付那些非常缺少自由电子的材料，比如各种绝缘体，电磁波就不会遭遇这样的等离子体振荡，直接浸染于材料的价电子，引起电子跃迁，花费一部分能量，在宏不雅观上常日表现为某些频率的可见光被接管了——这不但让这些材料反光率更低，也让这些材料的颜色较金属更加丰富。

其余，还有一些材料，比如玻璃和许多晶体，能通过一系列的耦合浸染，把光子通报到材料的另一侧，就表现为透明——这将涉及更加繁芜的物理过程，这里就不再赘述了。

堇青石是一种硅酸盐晶体，有很强的透光性，而且对不同偏振方向的光有不同的折射率，以是在不同的方向